Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика тепловых явлений в газах и конденсированных средах. Сборник тестов. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
Н.Б. ОРЛОВА, В.Г. ДУБРОВСКИЙ
ФИЗИКА ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ
В ГАЗАХ
И КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
СБОРНИК ТЕСТОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2019
УДК 533:538.953(075.8)
О-664
Рецензенты:
канд. физ.-мат. наук, доц. В.Ф. Ким
канд. физ.-мат. наук, доц. А.В. Баранов
Работа подготовлена на кафедре прикладной
и теоретической физики
Орлова Н.Б.
О-664 Физика тепловых явлений в газах и конденсированных сре-
дах. Сборник тестов: учебное пособие / Н.Б. Орлова, В.Г
. Дуб-
ровский. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 67 с.
ISBN 978-5-7782-3879-4
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, изучающих курс общей физики, которые могут проконтролировать усвоение изучаемого материала по физике тепловых явлений в газах, жидкостях и твердых телах. Пособие может быть использовано при подготовке студентов к коллоквиумам и экзаменам, прохождению контрольных тестов в конце семестров, а также при
дитации университета.
аттестации и аккре-
УДК 533:538.953(075.8)
ISBN 978-5-7782-3879-4 © Орлова Н.Б., Дубровский В.Г., 2019
© Новосибирский государственный
технический университет, 2019
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................................................................. 4
1. Тематическая структура аттестационных педагогических
измерительных материалов (АПИМ) ................................................................ 4
2. Справочные данные: фундаментальные константы, уравнения
и формулы ........................................................................................................... 5
3. Рабочие формулы ................................................................................................ 6
4. Типы тестовых заданий .................................................................................... 23
Открытая форма заданий.................................................................................. 23
Закрытая форма заданий .................................................................................. 26
5. Рекомендации разработчикам тестовых заданий ........................................... 36
6. Варианты тестовых заданий ............................................................................ 37
Вариант I ............................................................................................................ 37
Вариант II........................................................................................................... 44
Вариант III ......................................................................................................... 51
Вариант IV ......................................................................................................... 57
7. Ключ к тестовым заданиям .............................................................................. 64
Библиографический список ................................................................................. 66
ВВЕДЕНИЕ
Настоящее учебное пособие поможет студентам, изучающим курс
общей физики, проконтролировать усвоение изучаемого материала по
физике тепловых явлений в различных макросистемах: газах, жидкостях и твердых телах. В пособии разобраны примеры типовых тестовых заданий и приведены тесты для самостоятельного контроля.
Пособие может оказаться весьма полезным при подготовке студентов к
прохождению контрольных тестов в конце семестров, а также
при аттестации и аккредитации университета. Кроме того, его могут
использовать преподаватели – разработчики тестов.
1. ТЕМАТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
АТТЕСТАЦИОННЫХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (АПИМ)
Наименование
дидактической
единицы
Тема
Молекулярная
(статистическая)
физика и термодинамика
Уравнение состояния идеального газа. Молекулярнокинетическая теория идеальных газов
Работа, теплота и внутренняя энергия. Первое начало
термодинамики и его применение к изопроцессам. Теплоемкость газов
Обратимые и необратимые процессы. Циклический
процесс. Анализ идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно. КПД тепловых машин и эффективность холодильных машин. Равновесные процессы
в газах
4
Окончание таблицы
Наименование
дидактической
единицы
Различные формулировки второго начала термодина-
мики и их эквивалентность. Энтропия и вероятность.
Неубывание энтропии теплоизолированных термодинамических систем. Циклы
Распределения Максвелла и Больцмана
Реальные газы. Конденсированные среды: жидкости
и твердые тела. Фазовые переходы. Теплоемкость твердых тел. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Фазовые переходы. Явления переноса
Тема
2. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ:
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ КОНСТАНТЫ,
УРАВНЕНИЯ И ФОРМУЛЫ
Величина
Постоянная
Больцмана
Число Авогадро
Универсальная
газовая постоянная
Символ,
уравнение
k
Б
N
A
R
Значение
23
1, 38 10 Дж/К
6, 022 10 1/моль
8,31 Дж/Кмоль
23
5
3. РАБОЧИЕ ФОРМУЛЫ
F
F
A
N
Термодинамическая шкала температур. Шкала Кельвина
К.
273,Tt
Здесь Т – термодинамическая температура в кельвинах;
– температу-
t
(1)
ра в градусах Цельсия. Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости макроскопической системы в состоянии
ее термодинамического равновесия и определяющая направление теплообмена между телами.
Давление
Па. (2)
p
,
S
Здесь
ность площадью
– часть силы, действующей на поверх-
S
перпендикулярно этой поверх-
ности.
Идеальный газ
Взаимодействие между молекулами газа настолько мало, что им
можно пренебречь, суммарная внутренняя энергия идеального газа
равна сумме энергий отдельных молекул.
Обмен энергией между молекулами идеального газа происходит
только при их соударениях.
Реальный газ можно рассматривать как идеальный, если средняя
потенциальная энергия
взаимодействия молекул много меньше средней кинетической энергии молекул. Это приближение допустимо, если
газ настолько разряжен, что силы взаимодействия между молекулами
пренебрежимо малы.
Количество вещества
mN
,
моль. (3)
Здесь
частиц в веществе;
m – масса вещества;
N
– число Авогадро.
A
– молярная масса вещества; N – число
6
Нормальные условия
p
p
V
5
10 Па,p
273 КT
. (4)
Закон Авогадро
Один моль любого газа при одинаковой температуре и давлении
занимает одинаковый объем.
Закон Дальтона
pp p
Здесь
N
– количество газов в смеси;
12 N
– парциальное давление i-го
i
. (5)
газа в смеси (такое давление, которое создает газ при той же
же
V).
Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давле-
ний газов, входящих в ее состав.
Закон Бойля–Мариотта. Изотермический процесс
Уравнение процесса
T в том
Здесь
– давление газа; V – объем газа. Процесс происходит при по-
p
стоянном количестве вещества
constpV
. (6)
и температуре
const
constT
.
P
TT
21
T
1
7
Закон Гей-Люссака. Изобарический процесс
P
Уравнение процесса
V
T
V
Здесь
намическая температура газа. Процесс происходит при постоянном
количестве вещества
давлении
T
Закон Шарля. Изохорический процесс
Уравнение процесса
Здесь
Процесс происходит при постоянном количестве вещества
объеме
– давление газа; T – термодинамическая температура газа.
p
constV
.
P
const
T
– объем газа; T – термоди-
constp
. (8)
V
1
. (7)
const
.
const
const
и
и
VV
21
8
T
Уравнение состояния одного моля идеального газа
p
A
MNN
A
RkN
R
p
N
pV
. (9)
const
T
Здесь
V
– объем газа.
– давление газа; T – термодинамическая температура газа;
p
Уравнение Менделеева–Клапейрона для идеальных газов
VRT RT RTNkT
Здесь
V
– объем газа; m – масса газа; – молярная масса газа; N – число
– давление газа; T – термодинамическая температура газа;
p
молекул газа;
mN
N
A
– число молей;
Больцмана;
– универсальная газовая постоянная.
.
(10)
Б
– постоянная
Б
Уравнение состояния идеального газа
Здесь
– давление газа; T – термодинамическая температура газа;
p
N
kT nkT
ББ
V
. (11)
nV
мические величины
– концентрация молекул газа. Уравнение связывает термодина-
, , ,PV T
характеризующие состояние газа.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
идеальных газов
pnmv
1
3
Здесь
среднеквадратичная скорость;
– давление газа; n – концентрация молекул газа;
p
m
– масса одной молекулы.
0
9
0 кв
2
. (12)
v
–
кв
Среднеквадратичная скорость молекул газа
R
f
N
Здесь
N
стоянная;
N
vv
кв
13
Nm
i
1
– количество молекул в газе; R – универсальная газовая по-
m
– масса одной молекулы;
0
3
2
i
kT
Б
0
k
– постоянная Больцмана.
Б
T
. (13)
Средняя кинетическая энергия теплового движения
одной молекулы идеального газа
Здесь
кин Б
– количество степеней свободы молекулы.
i
i
. (14)
kT
2
Степени свободы. Жесткая связь между атомами
Число степеней свободы для атома, двухатомной и трехатомной
молекул.
3; 5; 6ii ii i ii i . (15)
пост пост вращ пост вращ
Количество степеней свободы – число независимых координат, не-
обходимых для описания положения молекулы в пространстве.
Распределение Максвелла для модуля скорости
Функция распределения
dN
, (16)
()
vdv
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]